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UUV水下自主回收技术
作者：潘光，杜晓旭 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-06-01
ISBN：9787030673732
定价：¥160.00
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内容简介
《UUV水下自主回收技术》针对UUV水下自主回收技术的流体动力特性、操纵性、运动控制等问题进行了系统、深入的研究，分别基于CFD技术和势流理论，建立了UUV回收过程中流场和附加质量计算数学模型，分析了流体动力特性；针对UUV回收过程运动特性，基于刚体动力学理论建立了空间运动数学模型，仿真分析了回收过程UUV运动和操纵性；结合UUV回收过程的导引方式，给出了回收路径规划；探讨了UUV自主回收控制方法，给出了基于声学定位系统和光学系统的水下回收控制模型，分析了各种路径跟踪方法在回收过程中的应用；建立了波浪扰动力数学模型，针对复杂海洋环境下波浪对UUV回收过程的影响展开研究；设计了UUV水下回收流体动力测试装置，并阐述了实验原理和实验方法。
作者简介
暂缺《UUV水下自主回收技术》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 UUV水下回收的意义 1
1.2 UUV回收的分类及国内外研究现状与进展 2
1.2.1 水面舰船回收 2
1.2.2 水下基站回收 3
1.2.3 水下潜器回收 4
1.3 UUV水下自主回收技术的发展趋势 8
1.3.1 流体干扰计算技术 9
1.3.2 操纵性能及控制技术 10
1.3.3 水下精确对接导航定位问题 10
参考文献 11
第2章 基于CFD技术的UUV回收过程流体动力计算 14
2.1 CFD理论模型 14
2.1.1 RANS控制方程 15
2.1.2 湍流模型 16
2.1.3 壁面函数 18
2.1.4 数值方法 20
2.2 潜艇扰流对UUV流体动力的干扰 22
2.2.1 计算模型建立及网格划分 22
2.2.2 干扰计算 25
2.3 UUV平行于潜艇纵轴线运动时的流体动力干扰 53
2.3.1 CFD网格生成 53
2.3.2 不同相对速度对流体动力的影响 54
2.3.3 不同间距对流体动力的影响 56
2.4 UUV垂直于潜艇纵轴线运动时的仿真 58
2.4.1 CFD网格生成 58
2.4.2 不同相对速度对流体动力的影响 59
2.4.3 UUV横向靠近潜艇运动时其流体动力的变化 64
2.4.4 UUV横向远离潜艇运动时其流体动力的变化 67
2.5 基于二维模型的UUV在极限流域运动的流场分析 72
2.5.1 计算模型建立及网格生成 72
2.5.2 流场特性与计算分析 73
2.6 基于三维模型的UUV在极限流域运动的流场分析 81
2.6.1 计算模型建立及网格生成 81
2.6.2 流场特性与计算分析 82
参考文献 88
第3章 基于势流理论的UUV回收过程附加质量计算 90
3.1 势流理论模型 90
3.1.1 数学模型 90
3.1.2 面元法 91
3.2 面元法求解附加质量 94
3.2.1 附加质量导出 94
3.2.2 附加质量基本性质 96
3.2.3 数值方法 97
3.3 无界流域中UUV附加质量计算 98
3.3.1 单个球体和椭球体附加质量计算 98
3.3.2 UUV附加质量计算 103
3.4 有界流域对UUV附加质量的干扰 106
3.4.1 平壁面对球体附加质量的干扰 106
3.4.2 平壁面对UUV附加质量的干扰 109
3.4.3 圆柱壁面对UUV附加质量的干扰 114
参考文献 118
第4章 UUV回收运动与操纵性 120
4.1 UUV空间运动数学模型 120
4.1.1 坐标系与坐标转换矩阵 120
4.1.2 运动学方程 122
4.1.3 动力学方程 124
4.1.4 流体动力 128
4.1.5 六自由度运动模型 133
4.2 流体动力干扰下UUV操纵性分析 133
4.2.1 流体动力干扰下UUV纵向操纵性分析 133
4.2.2 流体动力干扰下UUV侧向-横滚操纵性分析 144
4.3 UUV靠近对接装置运动仿真 161
4.4 UUV进出管安全性分析 162
4.4.1 安全性分析建模 163
4.4.2 求解过程 168
4.4.3 仿真结果分析 169
参考文献 174
第5章 UUV水下回收导引技术 176
5.1 导引方法 176
5.1.1 尾追法 177
5.1.2 固定提前角法 180
5.1.3 平行接近法 183
5.1.4 比例导引法 184
5.1.5 逐次变提前角导引法 187
5.1.6 *优导引法 188
5.2 回收导引过程规划 191
5.2.1 导引策略分析 191
5.2.2 初始阵位分析 193
5.2.3 回收导引仿真的实现 195
5.3 回收导引过程仿真 196
5.3.1 单一导引法回收导引过程仿真 196
5.3.2 组合导引法回收导引过程仿真 206
参考文献 213
第6章 UUV水下回收控制技术 214
6.1 基于声学定位系统的UUV水下回收控制技术 214
6.1.1 基于USBL系统的回坞定位 214
6.1.2 基于偶极势场的回坞导引与控制 218
6.1.3 自适应非奇异终端滑模跟踪控制 223
6.1.4 仿真分析 227
6.2 基于光学的UUV水下回收控制技术 238
6.2.1 基于光学的水下航行器相对位姿和目标速度估计 238
6.2.2 基于位姿估计的欠驱动UUV光学伺服控制 248
6.2.3 基于位姿估计的欠驱动UUV光学伺服控制仿真与分析 257
参考文献 262
第7章 波浪对UUV水下回收的影响 263
7.1 波浪概述 263
7.1.1 波浪 263
7.1.2 波浪理论 263
7.1.3 风力、海浪等级表 264
7.2 基于势流理论的波浪力计算 265
7.2.1 海浪线性自由面条件 265
7.2.2 线性波理论 266
7.2.3 随机波理论 270
7.2.4 运动物体的波浪扰动力一般计算模型 275
7.2.5 运动物体在规则波中线性响应的定解条件 276
7.2.6 UUV波浪扰动力数学模型 280
7.3 基于N-S方程的波浪力计算 283
7.3.1 海浪数学模型的建立 284
7.3.2 三维区域的波浪模拟 287
参考文献 298
第8章 UUV水下回收流体动力测试实验 299
8.1 流体动力测试装置设计要求 299
8.1.1 流体动力测试装置的总体要求 299
8.1.2 流体动力测试装置总体设计方案 299
8.2 流体动力测试装置模型设计 300
8.2.1 UUV模型及回收管模型设计 300
8.2.2 力学传感器的选择及静校 301
8.2.3 流体动力测试系统装置设计 306
8.3 水下回收流体动力测试装置水池实验 309
8.3.1 实验目的 309
8.3.2 实验设备 309
8.3.3 实验原理 310
8.3.4 实验流程 312
参考文献 313
彩图
前言
第1章 绪论 1
1.1 UUV水下回收的意义 1
1.2 UUV回收的分类及国内外研究现状与进展 2
1.2.1 水面舰船回收 2
1.2.2 水下基站回收 3
1.2.3 水下潜器回收 4
1.3 UUV水下自主回收技术的发展趋势 8
1.3.1 流体干扰计算技术 9
1.3.2 操纵性能及控制技术 10
1.3.3 水下精确对接导航定位问题 10
参考文献 11
第2章 基于CFD技术的UUV回收过程流体动力计算 14
2.1 CFD理论模型 14
2.1.1 RANS控制方程 15
2.1.2 湍流模型 16
2.1.3 壁面函数 18
2.1.4 数值方法 20
2.2 潜艇扰流对UUV流体动力的干扰 22
2.2.1 计算模型建立及网格划分 22
2.2.2 干扰计算 25
2.3 UUV平行于潜艇纵轴线运动时的流体动力干扰 53
2.3.1 CFD网格生成 53
2.3.2 不同相对速度对流体动力的影响 54
2.3.3 不同间距对流体动力的影响 56
2.4 UUV垂直于潜艇纵轴线运动时的仿真 58
2.4.1 CFD网格生成 58
2.4.2 不同相对速度对流体动力的影响 59
2.4.3 UUV横向靠近潜艇运动时其流体动力的变化 64
2.4.4 UUV横向远离潜艇运动时其流体动力的变化 67
2.5 基于二维模型的UUV在极限流域运动的流场分析 72
2.5.1 计算模型建立及网格生成 72
2.5.2 流场特性与计算分析 73
2.6 基于三维模型的UUV在极限流域运动的流场分析 81
2.6.1 计算模型建立及网格生成 81
2.6.2 流场特性与计算分析 82
参考文献 88
第3章 基于势流理论的UUV回收过程附加质量计算 90
3.1 势流理论模型 90
3.1.1 数学模型 90
3.1.2 面元法 91
3.2 面元法求解附加质量 94
3.2.1 附加质量导出 94
3.2.2 附加质量基本性质 96
3.2.3 数值方法 97
3.3 无界流域中UUV附加质量计算 98
3.3.1 单个球体和椭球体附加质量计算 98
3.3.2 UUV附加质量计算 103
3.4 有界流域对UUV附加质量的干扰 106
3.4.1 平壁面对球体附加质量的干扰 106
3.4.2 平壁面对UUV附加质量的干扰 109
3.4.3 圆柱壁面对UUV附加质量的干扰 114
参考文献 118
第4章 UUV回收运动与操纵性 120
4.1 UUV空间运动数学模型 120
4.1.1 坐标系与坐标转换矩阵 120
4.1.2 运动学方程 122
4.1.3 动力学方程 124
4.1.4 流体动力 128
4.1.5 六自由度运动模型 133
4.2 流体动力干扰下UUV操纵性分析 133
4.2.1 流体动力干扰下UUV纵向操纵性分析 133
4.2.2 流体动力干扰下UUV侧向-横滚操纵性分析 144
4.3 UUV靠近对接装置运动仿真 161
4.4 UUV进出管安全性分析 162
4.4.1 安全性分析建模 163
4.4.2 求解过程 168
4.4.3 仿真结果分析 169
参考文献 174
第5章 UUV水下回收导引技术 176
5.1 导引方法 176
5.1.1 尾追法 177
5.1.2 固定提前角法 180
5.1.3 平行接近法 183
5.1.4 比例导引法 184
5.1.5 逐次变提前角导引法 187
5.1.6 *优导引法 188
5.2 回收导引过程规划 191
5.2.1 导引策略分析 191
5.2.2 初始阵位分析 193
5.2.3 回收导引仿真的实现 195
5.3 回收导引过程仿真 196
5.3.1 单一导引法回收导引过程仿真 196
5.3.2 组合导引法回收导引过程仿真 206
参考文献 213
第6章 UUV水下回收控制技术 214
6.1 基于声学定位系统的UUV水下回收控制技术 214
6.1.1 基于USBL系统的回坞定位 214
6.1.2 基于偶极势场的回坞导引与控制 218
6.1.3 自适应非奇异终端滑模跟踪控制 223
6.1.4 仿真分析 227
6.2 基于光学的UUV水下回收控制技术 238
6.2.1 基于光学的水下航行器相对位姿和目标速度估计 238
6.2.2 基于位姿估计的欠驱动UUV光学伺服控制 248
6.2.3 基于位姿估计的欠驱动UUV光学伺服控制仿真与分析 257
参考文献 262
第7章 波浪对UUV水下回收的影响 263
7.1 波浪概述 263
7.1.1 波浪 263
7.1.2 波浪理论 263
7.1.3 风力、海浪等级表 264
7.2 基于势流理论的波浪力计算 265
7.2.1 海浪线性自由面条件 265
7.2.2 线性波理论 266
7.2.3 随机波理论 270
7.2.4 运动物体的波浪扰动力一般计算模型 275
7.2.5 运动物体在规则波中线性响应的定解条件 276
7.2.6 UUV波浪扰动力数学模型 280
7.3 基于N-S方程的波浪力计算 283
7.3.1 海浪数学模型的建立 284
7.3.2 三维区域的波浪模拟 287
参考文献 298
第8章 UUV水下回收流体动力测试实验 299
8.1 流体动力测试装置设计要求 299
8.1.1 流体动力测试装置的总体要求 299
8.1.2 流体动力测试装置总体设计方案 299
8.2 流体动力测试装置模型设计 300
8.2.1 UUV模型及回收管模型设计 300
8.2.2 力学传感器的选择及静校 301
8.2.3 流体动力测试系统装置设计 306
8.3 水下回收流体动力测试装置水池实验 309
8.3.1 实验目的 309
8.3.2 实验设备 309
8.3.3 实验原理 310
8.3.4 实验流程 312
参考文献 313
彩图
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